https://doi.org/10.61236/renpys.v4i1.1020
Artículo científico: Generación de biogás mediante desechos sólidos de ganado bovino en la estación experimental Tunshi.
Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 31-41)
Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 31-41). Edición continua
Generación de biogás mediante desechos sólidos de ganado bovino en la estación experimental Tunshi
John Ortega-Castro1,2, Gerardo Antonio Herrera-Brunett1, Catherine Frey_E3
1
Universidad Estatal Península de Santa Elena, Instituto de Posgrados, Maestría Gestión Ambiental, Santa Elene, Santa Elena,
Ecuador.
2Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Carrera de Recursos Naturales Renovables,
Riobamba, Chimborazo, Ecuador.
3Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Riobamba, Chimborazo, Ecuador
*Dirección para correspondencia: john.ortegacastro3989@upse.edu.ec
Fecha de Recepción: 13/12/2024 Fecha de Aceptación: 15/01/2025 Fecha de Publicación: 27/01/2025
Resumen
En la Estación Experimental Tunshi (EET – ESPOCH), se encuentra ubicada una planta de ordeño de ganado
bovino, los residuos orgánicos del ganado que se acumulan a diario en el establo son desechados mediante el
proceso de lavado sin darle ningún uso; el objetivo de la investigación fue aprovechar estos residuos para la
producción de biogás buscando establecer un manejo eficiente y de esta manera aportar a la sostenibilidad
ambiental; la metodología incluyó: la localización y condiciones climatológicas del área de estudio, recolección
y caracterización de los residuos mediante pruebas fisicoquímicas de los residuos (sólidos totales, potencial de
hidrógeno, conductividad eléctrica, nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio), el diseño y construcción de un
biodigestor; los resultados establecieron que en función de los datos climatológicos, la materia orgánica
disponible y la proporción de la mezcla la necesidad de un biodigestor tipo tubular de flujo continuo cuya
capacidad sea de 7 m³, obteniéndose a partir de un volumen de 0.1733 m³/día de la mezcla (materia orgánica y
agua) la producción de 0.5 m³/día de biogás, valor de biogás ligeramente inferior al teórico calculado debido
fundamentalmente a la influencia de bajas temperaturas en la EET-ESPOCH; se recomienda tecnificar el proceso
de recolección de residuos, y promover procesos de capacitación a los agricultores para facilitar el empleo de esta
tecnología, maximizando su impacto en la economía y mejorar la gestión ambiental de la localidad; este trabajo
establece las bases para futuras investigaciones sobre el biogás, su potencial en la generación de energía y su papel
en la agricultura sostenible.
Palabras claves: Biogás, gestión ambiental, sostenibilidad, tratamiento de residuos orgánicos
Use of biogas generated by solid waste from cattle at station experimental Tunshi
Abstract
A cattle milking plant is located at the Tunshi Experimental Station (EET – ESPOCH), the organic waste from
the cattle that accumulates daily in the barn is discarded through the washing process without giving it any use;
The objective of the research was to take advantage of this waste for the production of biogas seeking to establish
efficient management and thus contribute to environmental sustainability; The methodology included: the location
and climatological conditions of the study area, collection and characterization of the waste through
physicochemical tests of the waste (total solids, hydrogen potential, electrical conductivity, nitrogen, phosphorus,
potassium, magnesium), the design and construction of a biodigester; The results established that depending on
the climatological data, the available organic matter and the proportion of the mixture, the need for a continuous
flow tubular biodigester with a capacity of 7 m³, obtaining from a volume of 0.1733 m³/day of the mixture (organic
matter and water) the production of 0.5 m³/day of biogas, biogas value slightly lower than the theoretical
IDs Orcid:
John Oswaldo Ortega Castro: http://orcid.org/0000-0001-8197-7371
Gerardo Antonio Herrera-Brunett: https://orcid.org/0000-0001-5948-6998
Catherine Frey_E: http://orcid.org/0000-0002-4434-7394
31
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
calculated due mainly to the influence of low temperatures on the TSE-ESPOCH; it is recommended to modernize
the waste collection process, and to promote training processes for farmers to facilitate the use of this technology,
maximizing its impact on the economy and improving the environmental management of the locality; This work
lays the groundwork for future research on biogas, its potential in energy generation and its role in sustainable
agriculture.
Keywords: Biogas, environmental management, sustainability, organic waste treatment
1. INTRODUCCIÓN
El exponencial crecimiento demográfico a nivel
mundial genera un crecimiento también exponencial de
recursos para satisfacer sus demandas, entre estos
recursos los energéticos especialmente los fósiles son
los que afectan al planeta; como (Nogar et al., 2019)
mencionan, el consumo de energía procedente de
fuentes fósiles se incrementa y preocupa pues genera
cuestiones ambientales (gases de efecto invernadero),
sociales (acceso, inclusión) y territoriales (propiedad
compartida), y plantea a la generación distribuida (GD)
como un modelo que pondera las fuentes alternativas
al igual que (Campos-Montiel et al., 2018); por su parte
(Ponce, 2016) manifiesta que existen diversas formas
de obtener nuevos recursos energéticos entre los que
menciona la generación de biogás aprovechando los
residuos orgánicos para el uso de familias en sectores
rurales, hasta sistemas de gran tamaño para generar
electricidad.
A nivel mundial actualmente existe una alta
dependencia de productos derivados del ganado bovino
lo cual ha originado un crecimiento de este tipo de
ganado ocasionando un impacto ambiental en el
entorno (Vera et al., 2022), esta situación obliga a la
búsqueda de nuevas alternativas en el manejo de los
residuos generados, entre las alternativas está el uso de
estos residuos como una fuente de energía.
(De Souza et al., 2015) trabajaron en optimizar y
escalar un biorreactor mediante herramientas
computacionales; estos residuos sólidos pueden ser
aprovechados mediante un biodigestor para la
generación de biogás como fuente de energía limpia,
reemplazando el consumo de leña en las zonas rurales
del municipio de Fonseca, Colombia (Ariza et al.,
2018).
La necesidad del desarrollo de nuevas formas no
contaminantes de generación de energía ha impulsado
el avance de nuevas formas de aprovechamiento de los
recursos naturales a partir de fuentes no
convencionales, entre ellas el biogás según (Barreña &
Knoll, 2023), estas tecnologías, además del ahorro
económico contribuyen a la mitigación del cambio
climático y al cumplimiento del compromiso
internacional para alcanzar el Objetivo de Desarrollo
Sostenible 7. Energía asequible y no contaminante de
la Agenda 2030 de Naciones Unidas (Piekutin et al.,
2021); es así, que en su investigación (Ronquillo et al.,
2023) indican que la digestión anaerobia (DA) es una
forma óptima para el tratamiento y valorización de
residuos.
El biogás según (Piekutin et al., 2021) es una fuente
viable para abordar el problema de la crisis energética
en los países en vías de desarrollo fundamentalmente
los que basan su economía e industria en la agricultura
y ganadería; en tanto (Merencio & Reyes, 2022)
mencionan que las tecnologías anaeróbicas juegan en
varias partes del mundo un rol importante en el logro
de las metas que caracterizan la sostenibilidad, por
ejemplo en Cuba (Montesdeoca-Pichucho et al., 2023)
indican que la DA es el proceso de descomposición de
MO cuyo producto principal es una mezcla de tipo
gaseosa llamada biogás que tiene potencial como
combustible; en este contexto (Álvarez et al., 2021)
diseñaron una planta de biogás que utiliza cachaza
como materia prima para la generación de electricidad,
por su parte (Hermida García et al., 2020) evaluaron el
impacto de la generación de biogás en el consumo
energético de la Granja Porcina Guayos, en el
municipio de Cabaiguán Sancti Spíritus, Cuba;
mostrando que la producción de biogás es una
oportunidad de ahorro energético.
Existen algunas experiencias prácticas en el
aprovechamiento del biogás que demuestran su
viabilidad, en este sentido (Iocoli & Gómez, 2015) en
su investigación optimizaron y escalaron un
biorreactor; otra experiencia fue el análisis de la
descomposición de desechos alimentarios de cocina
(sustrato) por lodos (inóculo) en una planta de
tratamiento de aguas residuales (Sánchez-Reyes et al.,
2016).
En nuestro país la ganadería es una de las principales
fuentes de ingreso en el sector rural con una
permanente producción de residuos aprovechables para
la obtención de biogás que podría ser utilizado en
procesos térmicos y eléctricos; en este sentido, la
provincia de Chimborazo se caracteriza por ser
ganadera siendo esta actividad una importante fuente
de ingreso para sus habitantes (León, 2018), con el
empleo de tecnologías como biodigestores tanto
caseros como industriales se puede producir biogás que
es una alternativa energética que favorece al medio
ambiente y de bajo costo para dar solución a varias
problemáticas ambientales y sociales (Herrero, 2019).
Sin embargo, en Ecuador existen escasos estudios
sobre el aprovechamiento de biogás ocasionado un uso
aún reducido de biodigestores, un ejemplo según
(Pazmiño, 2016) se encuentra en las comunidades de la
32
Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
Artículo científico: Generación de biogás mediante desechos sólidos de ganado bovino en la estación experimental Tunshi.
Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 31-41)
parroquia Peñaherrera del cantón Cotacachi, provincia
de Imbabura, donde los biodigestores han demostrado
mejorar la calidad de vida de los pobladores.
La EET-ESPOCH es un sitio de investigación
donde se puede encontrar varios proyectos de
formación agrícola, ambiental y ganadera (Vargas,
2021), el cual es adecuado para generar el biogás a
partir desechos sólidos de ganado bovino pues
actualmente en el sitio se encontró 50 cabezas de
ganado lechero de las cuales se obtiene la leche
para la planta de ordeño (Carmona et al., 2005);
esta investigación sentará las bases para un manejo
adecuado de los desechos orgánicos producidos, a
partir de los cuales se producirá biogás (Chinchilla
et al., 1998).
2. METODOLOGÍA
2.1 Localización y caracterización del área de
estudio
Se estableció la ubicación exacta del proyecto
mediante coordenadas geográficas, utilizando la
herramienta Google Earth Pro para determinar
condiciones climáticas específicas como temperatura y
precipitaciones. Esto se complementó con registros de
la estación meteorológica local en la EET-ESPOCH,
ubicada en la parroquia Licto, cantón Riobamba,
provincia de Chimborazo, a una altitud de 2750 msnm
(Vargas, 2021). Sus coordenadas son: 1°44'54" S,
78°37'72" O.
Figura 1. Mapa georeferenciado de la planta de ordeño de la ETT-ESPOCH, ubicación en la cual se encuentra
el biodigestor.
2.2 Recolección de residuos sólidos
Los residuos sólidos (estiércol) fueron recolectados
diariamente de forma manual en el establo de la planta
de ordeño donde se cuenta con 30 vacas en producción,
el estiércol recolectado se cargó al biodigestor tubular
de flujo continuo construido en el sitio; cada carga fue
registrada en términos de volumen, y las fechas de
carga se sistematizo para un control preciso del proceso
como indica la Tabla 2.
2.3 Caracterización de los residuos
Se realizaron los análisis fisicoquímicos
correspondientes en laboratorio para establecer las
propiedades de los residuos sólidos, los parámetros
evaluados incluyeron pH, conductividad eléctrica,
contenido de nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, y
porcentaje de MO (Herrero, 2019); los resultados de los
análisis permitieron determinar las condiciones
iniciales que posee la materia prima empleada para el
proceso de biodigestión (Hou et al., 2020).
2.4 Diseño y construcción del biodigestor
2.4.1 Selección del tipo de biodigestor
En función de la cantidad de residuos disponibles
󰇡
󰇢 y las características climáticas de la EET
- ESPOCH (13.6 °C temperatura ambiente, 182.6 °C
temperatura dentro del invernadero del biorreactor, 30
días de TRH), se optó por un biodigestor tubular de
flujo continuo, adecuado para granjas de pequeña y
mediana escala (Herrero, 2019), esta selección
33
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
consideró factores como el tiempo de retención
hidráulica (TRH), que se calculó aplicando la fórmula
de (Zeballos & Chate, 2021) para optimizar la actividad
de las bacterias metanogénicas.
2.4.2 Dimensiones del biodigestor
El biodigestor se dimensionó siguiendo una relación
entre longitud y diámetro 󰇛󰇜 de 7.5 (Julón, 2023),
ideal para evitar problemas de flujo y asegurar un
adecuado tiempo de retención, el cálculo de la
capacidad del biodigestor fue realizado en función del
número de vacas en producción y del volumen
estimado de residuos generados por cada animal
(Julón, 2023).
2.4.3 Carga orgánica
Para la carga diaria de residuos, se empleó una
proporción de 1:3 (por cada porción de residuo
orgánico tres porciones de agua), la mezcla fue
adicionada al biodigestor y se calculó la carga orgánica
diaria a partir de la masa de residuos recolectados
ecuación (2).
2.4.4 Producción de biogás
Se determinó la producción de biogás estimada por
cada kilogramo de estiércol de ganado, basándose
en la fórmula de (Herrero, 2019), que establece una
producción de 35.3 litros de biogás por kilogramo
de estiércol, estos valores calculados se
compararon con los valores obtenidos mediante
mediciones en el flujómetro para evaluar la
eficiencia y sostenibilidad del biodigestor en
condiciones controladas dentro de un invernadero,
lo cual permitió mantener la temperatura óptima
para la actividad metanogénica (Ahlberg-Eliasson
et al., 2021).
2.4.5 Materiales utilizados
Los materiales para la construcción del biodigestor
incluyeron un reactor anaeróbico de polietileno de
baja densidad, conectores y aditamentos para el
ensamblaje, geotextil para la protección del equipo,
y una tina para la recolección de efluentes (Matos
et al., 2017).
2.5 Materiales de construcción
El biodigestor de flujo continuo emplea los siguientes
materiales:
• Reactor anaeróbico en material de polietileno
de baja densidad.
• Conectores para el ensamble del equipo.
• Material protector (geotextil).
• Tina para efluente
• Línea de gas.
• Filtro para reducción de H2S.
• Válvula de alivio de presión en PVC.
• Trampas de condensado.
• Geotextil protector de tela flexible de fibras
sintéticas.
• Invernadero (estructura y plástico industrial).
• Tuberías
2.6 Operación y mantenimiento del Biodigestor
2.6.1 Carga inicial
El proceso de llenado inicial del biodigestor incluye la
proporción de agua 3 a 1 con los residuos orgánicos
necesarios para iniciar la fermentación según (Freire &
Vásquez, 2020), debido a las características del espacio
de recolección de los residuos esta carga debió ser
manual, lo cual generó dificultades de operación,
pérdida de tiempo y baja cantidad de materia a ser
utilizada.
2.6.2 Alimentación diaria
La cantidad de residuos orgánicos bovinos añadidos en
el biodigestor se establecen en función de la
recolección en el establo previo al ordeño según la
Tabla 2, esta recolección debido a los factores como
tiempo, espacio inadecuado, disponibilidad de mano de
obra e incluso disponibilidad de residuos, no pudo ser
diaria sino periódica; este se convirtió en uno de los
factores para una producción relativamente baja de
biogás durante el periodo de muestreo.
2.6.3 Control de parámetros operativos
Durante el proceso de digestión se monitorearon
factores críticos como la temperatura interna mediante
sensores de temperatura del biodigestor, la presión de
biogás fue controlada mediante válvulas, manómetro
de baja presión y llevando un registro mediante un
flujómetro instalado en la tubería de salida del
biodigestor, lo cual permitió un registro eficiente de los
parámetros señalados.
2.7 Análisis de datos
En base al diseño y construcción de biodigestor se
determinó la capacidad de carga de estiércol, esto
permitió la elaboración de tablas y gráficos, para
evaluar patrones de producción en relación con los
cambios climáticos, el análisis incluyó la correlación
entre la cantidad de MO y la producción de biogás, así
como la eficiencia de la biodigestión en las condiciones
establecidas en la EET-ESPOCH.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Condiciones climáticas
La temperatura media obtenido en los últimos tres años
fue de 13.6 °C, evidencia una actividad metabólica
significativamente reducida de las bacterias
metanogénicas en un biodigestor, esto no permite que
se realice una eficaz producción de biogás (Julón,
34
Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
Artículo científico: Generación de biogás mediante desechos sólidos de ganado bovino en la estación experimental Tunshi.
Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 31-41)
2023), al limitar la conversión de ácidos grasos
volátiles en metano y dióxido de carbono, así como
también, la baja temperatura incrementa el tiempo de
retención hidráulica (TRH).
Para alcanzar una producción de biogás significativa,
se procedió con la ubicación del biodigestor dentro de
un invernadero para ayudar a que las bacterias
mantengan una actividad moderada, llegando de esta
forma a una temperatura promedio dentro del
invernadero de 18.6 °C de acuerdo con los datos
recolectados mediante un sensor de temperatura
colocado en el interior del biodigestor.
Tabla 1. Registro de la temperatura de la Estación Experimental Tunshi (°C).
Temperatura
°C
2021
2022
2023
Míni
ma
Promed
io
Máxi
ma
Míni
ma
Promed
io
Máxi
ma
Míni
ma
Promed
io
Enero
8.0
13.7
19.2
7.8
13.5
18.7
7.3
13.0
Febrero
8.5
14.2
19.2
8.1
13.7
19.2
8.1
13.7
Marzo
8.6
13.4
18.0
8.7
13.4
17.8
8.5
13.2
Abril
8.0
13.6
19.3
8.0
13.7
19.1
7.8
13.5
Mayo
8.3
13.9
19.2
8.1
13.7
20.2
9.1
14.7
Junio
7.5
13.1
18.0
7.0
12.5
19.2
8.2
13.7
Julio
7.6
13.2
18.5
7.4
13.0
19.6
8.5
14.1
Agosto
7.3
13.2
18.4
7.0
12.7
19.9
8.5
14.2
Septiembre
7.1
13.1
18.8
7.2
13.0
19.7
8.1
13.9
Octubre
8.3
14.0
19.2
7.9
13.6
20.1
8.8
14.5
Noviembre
7.5
14.0
19.8
7.1
13.5
20.9
8.2
14.6
Diciembre
8.1
14.4
19.5
7.0
13.3
20.8
8.3
14.6
Promedio
13.6
13.3
13.9
La temperatura media de los últimos tres años se
determinó de la siguiente manera:



(1)
3.2 Tiempo de retención hidráulica (TRH)
Tomando en cuenta que la temperatura promedio
dentro del invernadero donde se encuentra el
biorreactor es 18.6 °C y en función de la Tabla 2 se
ha podido establecer como TRH 30 días, este dato
coincide con la ecuación planteada por (Zeballos &
Chate, 2021):
donde:
  󰇛
󰇜
(2)
󰇛)
3.3 Características del ganado
La planta de ordeño actualmente cuenta con 65 cabezas
ganado bovino lechero de raza Holstein las cuales
según (Barragán-Escandón et al., 2020) al ser una raza
lechera es adecuada por su producción entre 50 y 60 kg
de estiércol fresco diario, estos bovinos son
alimentadas mediante forraje de corte y suplementos
concentrados (Freire & Vásquez, 2020).
Tabla 2. Tiempo de retención hidráulica (TRH).
Temperatura
(°C)
Tiempo de retención hidráulica (TRH)
recomendado (días)
Observaciones
5 – 10
90 - 120
Digestión muy lenta; producción de biogás mínima
10 – 15
60 - 90
Baja actividad bacteriana; baja eficiencia
15 – 20
40 - 60
Digestión lenta; aumenta la actividad bacteriana
20 – 25
30 - 40
Actividad bacteriana moderada; mayor estabilidad
25 – 30
20 - 30
Actividad mesofílica adecuada para una buena
producción de biogás
30 – 35
15 - 20
Rango óptimo mesofílico; alta eficiencia de biogás
35 – 40
10 - 15
Alta producción en condiciones mesofílicas óptimas
50 – 60
5 - 10
Rango termofílico; máxima producción, pero mayor
demanda de control térmico
Nota. Tomado de Herrero (2019)
35
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
Actualmente 30 vacas están en producción de leche y
son las que pasan al establo previo al ordeño, debido a
las características de este sitio es necesario un proceso
de recolección manual de los residuos orgánicos
mediante una pala y balde.
3.4 Recolección de residuos sólidos
La MO se obtuvo de forma periódica del establo y fue
cargada manualmente en el biodigestor con una mezcla
1:3 de agua (Herrero, 2019), como se indica en la tabla
3.
Tabla 3. Cargas del biodigestor.
Fecha
Volumen
cargas
orgánicas
de
estiércol
en (m3)
Volumen
agua en
(m3)
22/5/2024
0.09964
0.29892
23/5/2024
0.09964
0.29892
27/5/2024
0.09964
0.29892
28/5/2024
0.04982
0.14946
3/6/2024
0.09964
0.29892
4/6/2024
0.09964
0.29892
5/6/2024
0.04982
0.14946
6/6/2024
0.09964
0.29892
10/6/2024
0.09964
0.29892
11/6/2024
0.19928
0.59785
12/6/2024
0.04982
0.14946
13/6/2024
0.14946
0.44839
17/6/2024
0.04982
0.14946
18/6/2024
0.04982
0.14946
20/6/2024
0.04982
0.14946
24/6/2024
0.04982
0.14946
26/6/2024
0.04982
0.14946
2/7/2024
0.37366
1.12098
Total
181848
5.45545
El seguimiento del proceso de carga del biodigestor fue
registrado durante 42 días, por lo cual la carga
promedio diaria se estableció de la siguiente manera:
 󰇛󰇜
󰇛󰇜 (3)
󰇛󰇜
󰇛󰇜 (4)
donde:
CO: carga orgánica diaria 󰇡
󰇢.
CA: carga de agua diaria󰇡
󰇢.
La carga orgánica diaria y la carga diaria de agua
obtenidas durante el período de tiempo del estudio
fue de 0.0433 y 0.13 󰇡
󰇢, respectivamente estos
valores coinciden con los reportados por Bavera &
Peñafort (2006).
Este proceso manual de carga de la MO para el
biodigestor no es adecuado pues gran cantidad de
residuos no son aprovechados al permanecer en el
establo debido a la dificultad de su recolección, como
lo establece Julón (2023) en su trabajo al proponer un
proceso semi automatizado para su recolección.
3.5 Caracterización de residuos
Se realizaron análisis de laboratorio para determinar el
contenido de MO, sólidos totales, potencial de
hidrógeno (pH), conductividad eléctrica (CE),
Nitrógeno (N), Fósforo (P), Potasio (K), Magnesio
(Mg), para la biodigestión.
Tabla 4. Análisis fisicoquímico estiércol bovino.
Parámetros
Resultados
Unidades
Técnica
analítica
pH
8.28
Potenciomét
rico
CE
3.84
ms/cm
Potenciomét
rico
N
1.36
%
Kjeldahl
P
1.01
%
Colorimétri
co
K
0.32
%
A. Atómica
Mg
0.97
%
A. Atómica
MO
65
%
Gravimétric
o
El pH de la MO de acuerdo a los resultados de
laboratorio es 8.28, situándose dentro del rango óptimo
para la DA favoreciendo la actividad de las bacterias
metanogénicas que son responsables de la generación
de biogás (Carotenuto et al., 2019); la conductividad
eléctrica del estiércol es 3.84 ms/cm, lo cual establece
una buena concentración de sales minerales lo cual es
positivo para el proceso, pues las sales minerales son
importantes en el desarrollo y activación de las
bacterias metanogénicas (Yang et al., 2021).
La presencia del nitrógeno en la MO está en el orden
de 1.36%, valor positivo para la generación de
biogás debido a ser un nutriente esencial para el
desarrollo de bacterias metanogénicas, garantizando
un proceso de digestión eficiente (Yang et al., 2021);
la presencia de fósforo (P) se establece en 1.02%,
que es un valor alto; por otra parte se establece una
presencia de potasio (K) en 0.32% rango adecuado
favoreciendo la actividad de bacterias
metanogénicas (Hou et al., 2019); se tiene una
presencia de magnesio (Mg) de 0.97% rango
adecuado (Žalys et al., 2023); el contenido de MO es
de 65% un valor muy alto siendo el principal sustrato
que las bacterias metanogénicas utilizan para
producir biogás (Mukawa et al., 2022).
36
Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
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Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 31-41)
3.6 Selección del tipo de biodigestor
Basado en la cantidad de MO y las condiciones
climáticas, se opta por un biodigestor tubular, pues este
permite una operación adecuada para pequeñas y
medianas granjas (Ahlberg-Eliasson et al., 2021).
3.7 Carga orgánica diaria del biodigestor
Según (Herrero, 2019), la mezcla recomendada para la
MO de origen bovino con agua es de 1:3 (por cada kg
de residuos se agrega 3 kg de agua), por lo tanto, el
cálculo de la carga diaria del biodigestor viene dada por
la fórmula (5):
  (5)
donde:
: Carga diaria del biodigestor (m3)
: Cantidad de agua diaria para la mezcla (m3)
: Carga orgánica diaria (m3)
En el presente estudio, la carga diaria del biodigestor
recomendada fue de 0.1733
, garantizando de esta
forma una adecuada actividad metabólica dentro del
biorreactor. Este procedimiento para el cálculo de la
carga diaria del biodigestor coincide por el planteado
por (Aguilar et al., 2017) pues permite un mejor
aprovechamiento de los residuos y una generación
de biogás eficiente.
3.8 Producción calculada de biogás
De acuerdo con (Herrero, 2019) cada kg de residuos
orgánicos de ganado bovino produce entre (0.02 a 0.03)
 de biogás, por lo tanto, para el cálculo se utiliza la
fórmula (6):
  (6)
donde:
: Volumen biogás crudo 󰇡

󰇢
: Masa del residuo orgánico de los bovinos 󰇡
󰇢
: Producción biogás bovino 󰇡
󰇢
Según (Julón, 2023), la densidad del residuo
orgánico bovino fresco tiene una densidad
aproximada de 850 Kg/m3 por lo cual la masa del
residuo orgánico de los bovinos es:
  (7)
Este volumen de biogás crudo calculado 
, es
ligeramente superior al volumen generado el cual
fue registrado diariamente por medio de un
flujómetro como se indica en la Tabla 8; valor
superior al mostrado por (Baculima & Rocano,
2015) cuya investigación establece que con una
alimentación diaria al biodigestor de 13 kg día
(estiércol de cerdo más agua) producían 0.0283 m3
día de biogás; y suprior también presentado por
(Almanza, 2011) de 0.53 m3 día; lo cual demuestra
una producción eficiente de biogás.
3.9 Volumen del biodigestor
Al tratarse de un biodigestor tubular de flujo continuo
su volumen total se establece por la suma del volumen
del líquido (mezcla de residuos orgánicos + agua) con
el volumen del biogás de acuerdo con las fórmulas (8)
y para el volumen total se tomó en cuenta la sumatoria
del volumen del líquido con respecto al volumen de
biogás crudo en m3:
 (8)
donde:
: Carga diaria del biodigestor 󰇡
󰇢.
: Tiempo de retención hidráulica (días).
Los resultados obtenidos en este estudio tanto para el
volumen líquido en m3 fueron de 5.2, y 7
respectivamente, para el volumen total.
3.10 Dimensiones biorreactor
Para el cálculo del radio del biodigestor se utiliza la
ecuación (9) (Herrero, 2019):
 (9)
donde:
: Longitud de la circunferencia (m).
: Radio de la circunferencia (m).
Se consideró un ancho de material (󰇜 de 4 m, valor
considerado como comercial estándar, para el radio
inicial. Partiendo de un volumen calculado de
biodigestor de 7 m3 y un radio de 0.6 m, se obtuvo una
longitud que cumple con los criterios de diseño óptimo
para biodigestores tubulares (Julón, 2023), donde la
relación longitud/ diámetro (
) (Herrero,
2019). Dado que el resultado se ajusta a este rango, el
diseño se considera adecuado.
Figura 3. Parámetros de la zanja.
37
Ortega, J., Herrera, G., Frey, C.
Tabla 5. Parámetros para diseño de zanja.
Ángulo α
(°)
a (m)
b (m)
p (m)
Área de la
zanja (m²)
0.0
1.49*r
1.49*r
1.57*r
2.34*r²
0.0
1.41*r
1.41*r
1.57*r
2.22*r²
0.0
1.34*r
1.34*r
1.57*r
2.10*r²
7.5
1.23*r
1.63*r
1.54*r
2.20*r²
15.0
1.02*r
1.82*r
1.49*r
2.12*r²
30.0
0.72*r
2.26*r
1.33*r
1.98*r²
45.0
0.43*r
2.57*r
1.07*r
1.61*r²
Nota. tomado de Herrero (2019).
Tabla 6. Ángulo de inclinación de talud de zanja.
Ángulo α (°)
Tipo de Suelo
0 a 7.5
Pedregosos
7.5 a 15
Humíferos (tierra negra de cultivos)
15 a 30
Arcillosos
30 a 45
Sueltos y arenosos
Nota. tomado de Herrero (2019)
A partir de la tabla se estableció el ángulo α de 0° que
es adecuado para el suelo de tipo pedregoso de la EET-
ESPOCH. La Tabla 7 establece el dimensionamiento
de la zanja para el biorreactor tubular de flujo continuo.
Tabla 7. Dimensionamiento de la zanja.
Ángulo α (°)
0°
r (m)
0.6
a (m)
0.894
b (m)
0.894
p (m)
0.942
Área de la zanja (m²)
0.8424
L(m)
6.19
D=2r (m)
1.2
L/D
5.16
Las dimensiones del biodigestor, biorreactor y la zanja
resultan la adecuadas para el espacio físico elegido que
se encuentra cerca del establo, lo cual facilita la carga
manual de la materia orgánica.
3.11 Medición de producción de biogás
Se registra la producción diaria de biogás en volumen
mediante un flujómetro instalado en el biodigestor
como indica la siguiente tabla 8.
Se presenta el registro de producción del biogás
durante el periodo de un mes. Para tener un registro
preciso del biogás generado el uso de un flujómetro es
indispensable, lo cual permite un control del volumen
dentro del biorreactor y así evitar posibles accidentes.
Tabla 8. Producción de biogás.
Día
Lecturas (m3)
Producción (m3)
1
0.13
0.13
2
0.14
0.01
3
0.18
0.04
4
0.50
0.33
5
1.01
0.50
6
1.51
0.50
7
1.99
0.48
8
2.61
0.63
9
3.11
0.50
10
3.60
0.49
11
4.01
0.41
12
4.55
0.54
13
5.01
0.46
14
5.65
0.64
15
6.01
0.36
16
6.51
0.50
17
7.01
0.50
18
7.43
0.42
19
8.00
0.58
20
8.51
0.50
21
9.01
0.50
22
10.38
1.37
23
10.81
0.42
24
11.13
0.32
25
11.62
0.49
26
12.10
0.48
27
12.69
0.59
28
13.05
0.36
29
13.60
0.55
30
14.00
0.40
Promedio
0.47
3.12 Eficiencia de producción de biogás
La bibliografía nos indica que la producción de
biogás es de aproximada entre 󰇛󰇜

(Hou et al., 2020), lo cual implicaría según los
cálculos realizados una producción teórica de 0.736
.
Sin embargo, hay que tomar en cuenta que existen
otros parámetros que inciden en la generación de
biogás: la cantidad de MO, la temperatura
relativamente baja para el proceso, bajo contenido
de fibra y nutrientes en la alimentación de los
bovinos, falta de agitación que puede generar zonas
inactivas dentro el biodigestor (Julón, 2023),
factores han incidido en la producción que alcanzó
un valor aproximado de 0.5
 (Tabla 9), valor
inferior al estimado teórico; pero similar al valor
presentado por (Almanza, 2011).
38
Recursos Naturales Producción y Sostenibilidad
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Publicación Semestral. Vol. 4, No. 1, enero - junio 2025, Ecuador (p. 31-41)
4. CONCLUSIÓN
La investigación ha comprobado que se puede generar
0.5
 de biogás a partir de los desechos sólidos de
ganado bovino en la EET – ESPOCH, estableciéndose
como la principal limitación en la generación de biogás
la actual recolección manual de la MO, que al ser más
frecuente y sistemática podría aumentar
significativamente la cantidad de MO y por tanto,
aumentar la producción de biogás, lo que establece la
necesidad de optimizar la logística de recolección en
futuras investigaciones.
Es necesaria la revisión permanente de los parámetros
temperatura, pH y presión del biogás para un adecuado
proceso de DA, razón por la que se implementó un
sistema de control para ajustar las condiciones de
operación del biodigestor, maximizando la actividad de
las bacterias metanogénicas, y aumentando la
producción de biogás al estabilizar el proceso en el
reactor, para de esta manera disminuir posibles fallos
operativos.; los resultados de los análisis
fisicoquímicos de la MO muestran que la materia prima
que ingresa en el biodigestor es adecuada, se ha
analizado el pH, conductividad eléctrica, y contenido
de nutrientes (nitrógeno 1.36%, fósforo 1.02%, potasio
0.32% y magnesio 0.97%); estos datos son necesarios
para establecer la capacidad de generación de biogás,
propiciando un ambiente adecuado para la
fermentación anaeróbica.
La generación de biogás aporta a la sostenibilidad
ambiental, pues mediante la generación biogás se está
gestionando los residuos orgánicos, convirtiéndolos en
una fuente de energía para diversas aplicaciones como
calefacción y generación de electricidad, reduciendo la
necesidad de combustibles fósiles y aportando a la
mitigación del cambio climático.
Al implementar un sistema de biodigestión en la EET-
ESPOCH se obtienen beneficios ambientales y se
genera un impacto económico positivo debido a que la
producción de biogás reduce los costos de energía
generando, además, otros subproductos del proceso de
digestión que son los fertilizantes orgánicos, los cuales
contribuyen a mejorar la calidad de vida de los
habitantes, al proporcionar acceso a energía limpia.
En próximas investigaciones se sugiere: optimizar la
recolección de residuos orgánicos empleando métodos
automatizados para mejorar la eficiencia del proceso
mediante la adecuación del espacio donde se mantiene
el ganado bovino previo al ordeño y un manejo
semiestabulado del ganado, se recomienda investigar la
variabilidad climática de la zona y su impacto en la
producción de biogás, la integración de tecnologías
adicionales como sistemas de monitoreo en tiempo real
y mejoras en el diseño del biodigestor.
Como valor adicional se plantea promover la
educación y la concienciación sobre el uso de biogás y
la gestión de residuos orgánicos en las comunidades
rurales, mediante la capacitación de los agricultores y
la difusión de información sobre las ventajas del biogás
para fomentar su adopción y contribuir a un manejo
más sostenible de los recursos naturales.
Agradecimientos. - Los autores desean agradecer a la
Universidad Estatal Península de Santa Elena, Instituto
de Posgrados, Maestría Gestión Ambiental, Santa
Elene – Ecuador, a la Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Carrera
de Recursos Naturales Renovables, Riobamba,
Chimborazo, Ecuador, por brindar las facilidades para
el desarrollo de la presente investigación.
Contribución de los autores. - Todos los autores
contribuyeron a la concepción y diseño del estudio. La
preparación del material, la recopilación de datos y el
análisis fueron realizados por John Ortega Castro,
Gerardo Antonio Herrera Brunett y Catherine Frey. El
primer borrador del manuscrito fue escrito por John
Ortega Castro, y todos los autores comentaron las
versiones posteriores del manuscrito. Todos los autores
leyeron y aprobaron el manuscrito final.
Financiación. - No se recibieron fondos, ayudas
económicas u otro tipo de apoyo.
Conflicto de intereses. - Los autores declaran no tener
ningún conflicto de intereses.
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